Терморезистори. Види і пристрій. Робота і параметри

Напівпровідникові резистори, опір яких залежить від температури називаються терморезистори. Вони мають властивість значного температурного коефіцієнта опору, величина якого більше, ніж у металів у багато разів. Вони широко застосовуються в електротехніці.

На електричних схемах терморезистори позначаються:

Пристрій і робота

Вони мають просту конструкцію, випускаються різних розмірів і форми.

У напівпровідниках є вільні носії заряду двох видів: електрони і дірки. При незмінній температурі ці носії довільно утворюються і зникають. Середня кількість вільних носіїв знаходиться в динамічній рівновазі, тобто незмінно.

При зміні температури рівновага порушується. Якщо температура підвищується, то число носіїв заряду також збільшується, а при зниженні температури концентрація носіїв зменшується. На питомий опір напівпровідника впливає температура.

Якщо температура підходить до абсолютного нуля, то напівпровідник має властивість діелектрика. При сильному нагріванні він ідеально проводить струм. Основною особливістю терморезистора є те, що його опір найбільш помітно залежить від температури в звичайному інтервалі температур (-50 +100 градусів).

Популярні терморезистори виробляються у вигляді стрижня з напівпровідника, який покритий емаллю. До нього підведені електроди й ковпачки для контакту. Такі резистори застосовуються в сухих місцях.

Деякі терморезистори мають у своєму розпорядженні в металевому герметичному корпусі. Тому вони можуть використовуватися у вологих місцях з агресивним зовнішнім середовищем.

Герметичність корпусу створюється за допомогою олова і скла. Стрижні з напівпровідника обгорнуті металізованою фольгою. Для підключення струму застосовується дріт з нікелю. Величина номінального опору становить 1-200 кОм, температура роботи -100 +129 градусів.

Принцип дії терморезистора заснований на властивості зміни опору від температури. Для виготовлення використовуються чисті метали: мідь і платина.

Основні параметри

  • ТКС – термічний коефіцієнт опору, дорівнює зміні опору ділянки кола при зміні температури на 1 градус. Якщо ТКС позитивний, то терморезистори називають позисторами (РТС-термістори). А якщо ТКС негативний, то термісторами (NТС-термістори). У позисторов при підвищенні температури підвищується і опір, а у термісторів все відбувається навпаки.
  • Номінальний опір – це величина опору при 0 градусах.
  • Діапазон роботи. Резистори ділять на низькотемпературні (менш 170К), середньотемпературні (від 170 до 510 К), високотемпературні (понад 570К).
  • Потужність розсіювання. Це величина потужності, в межах якої терморезистор під час роботи забезпечує збереження заданих параметрів за технічними умовами.

Види і особливості терморезисторов

Всі датчики температури на виробництві працюють за принципом перетворення температури в сигнал електричного струму, який можна передавати з великою швидкістю на далекі відстані. Будь-які величини можна перетворити в електричні сигнали, перевівши їх в цифровий код. Вони передаються з високою точністю, і обробляються обчислювальною технікою.

металеві терморезистори

Матеріалом для терморезисторов можна використовувати далеко не будь-які провідники струму, так як до терморезисторами пред’являються деякі вимоги. Матеріал для їх виготовлення повинен мати високий ТКС, а опір має залежати від температури за лінійним графіком у великому інтервалі температур.

Також провідник з металу повинен володіти інертністю до агресивних дій зовнішнього середовища і якісно відтворювати характеристики, що дає можливість змінювати датчики без особливих налаштувань і вимірювальних приладів.

Для таких вимог добре підходять мідь і платина, не рахуючи їх високу вартість. Терморезистори на їх основі називають платиновими і мідними. ТСП (платинові) термосопротивления працюють при температурах -260 – 1100 градусів. Якщо температура в межах від 0 до 650 градусів, то такі датчики застосовують в якості зразків і еталонів, так як в цьому інтервалі нестабільність становить не більше 0,001 градусів.

З недоліків платинових терморезисторів можна назвати нелінійність перетворення і високу вартість. Тому точні виміри параметрів можливі тільки в робочому діапазоні.

Практично широко застосовуються недорогі мідні зразки терморезисторов ТСМ, у яких лінійність залежності опору від температури набагато вище. Їх недоліком є ​​малий питомий опір і нестійкість до підвищених температур, швидка окислюваність. У зв’язку з цим термосопротивления на основі міді мають обмежене використання, не більше 180 градусів.

Для монтажу платинових і мідних датчиків застосовують 2-дротову лінію при відстані до приладу до 200 метрів. Якщо видалення більше, то застосовують трижильний кабель, в якому третій провідник служить для компенсування опору проводів.

З недоліків платинових і мідних терморезисторів можна відзначити їх малу швидкість роботи. Їх теплова інерція досягає декількох хвилин. Існують терморезистори з малою інерційністю, час спрацьовування яких не вище декількох десятих секунди. Це досягається невеликими розмірами датчиків. Такі термосопротивления виробляють з мікродроту в скляній оболонці. Ці датчики мають невелику інерцію, герметичні і мають високу стабільність. При невеликих розмірах вони мають опором в кілька кОм.

напівпровідникові

Такі опору мають назву термісторів. Якщо їх порівняти з платиновими і мідними зразками, то вони мають підвищену чутливість і ТКС від’ємного значення. Це означає, що при зростанні температури опір резистора знижується. У термісторів ТКС набагато більше, ніж у платинових і мідних датчиків. При невеликих розмірах їх опір доходить до 1 Мегом, що не дозволяє впливати на вимірювання опору провідників.

Для здійснення замірів температури великої популярності набули терморезистори на напівпровідниках КМТ, що складаються з оксидів кобальту і марганцю, а також термосопротивления ММТ на основі оксидів міді і марганцю. Залежність опору від температури на графіці має хорошу лінійність в інтервалі температур -100 +200 градусів. Надійність терморезисторов на напівпровідниках досить висока, властивості мають достатню стабільність протягом тривалого часу.

Основним їх недоліком є ​​такий факт, що при масовому виготовленні таких терморезисторов не виходить забезпечити необхідну точність їх характеристик. Тому один окремо взятий резистор буде відрізнятися від іншого зразка, подібно транзисторів, які з однієї партії можуть мати різні коефіцієнти посилення, важко знайти два однакових зразки. Цей негативний момент створює необхідність додаткової настройки апаратури при заміні терморезистора.

Для підключення термісторів зазвичай застосовують бруківку схему, в якій міст врівноважується потенціометром. Під час зміни опору резистора від дії температури міст можна привести в рівновагу шляхом регулювання потенціометра.

Такий метод ручного налаштування використовується в навчальних лабораторіях для демонстрації роботи. Регулятор потенціометра оснащений шкалою, яка має градуювання в градусах. На практиці в складних схемах вимірювання це регулювання відбувається в автоматичному режимі.

застосування терморезисторов

В роботі термодатчиков існує два режими дії. При першому режимі температура датчика визначається лише температурою зовнішнього середовища. Протікає по резистору ток маленький і не здатний його нагріти.

При 2-м режимі термистор нагрівається струмом, що протікає, а його температура визначається умовами віддачі тепла, наприклад, швидкістю обдування, щільністю газу і т.д.

На схемах термістори (NТС) і резистори (РТС) мають відповідно негативний і позитивний коефіцієнти опору, і позначаються наступним чином:

застосування термисторов

  • Вимірювання температури.
  • Побутова техніка: морозильники, фени, холодильники і т.д.
  • Автомобільна електроніка: вимір охолодження антифризу, масла, контроль вихлопних газів, системи гальмування, температура в салоні.
  • Кондиціонери: розподіл тепла, контроль температури в приміщенні.
  • Опалювальні котли, теплі підлоги, печі.
  • Блокування дверей в пристроях нагрівання.
  • Електронна промисловість: стабілізація температури лазерних фотоелементів і діодів, а також мідних обмоток котушок.
  • У мобільних телефонах для компенсації нагріву.
  • Обмеження струму запуску двигунів, ламп освітлення, імпульсних блоків живлення.
  • Контроль наповнення рідин.

застосування позисторов

  • Захист від короткого замикання в двигунах.
  • Захист від оплавлення при струмового перевантаження.
  • Для затримки часу включення імпульсних блоків живлення.
  • Комп’ютерні монітори й кінескопи телевізорів для розмагнічування та запобігання порушенню кольору.
  • У пускателях компресорів холодильників.
  • Теплова блокування трансформаторів і двигунів.
  • Прилади вимірювання.
  • Автоматика управління технікою.
  • Пристрої пам’яті інформації.
  • В якості нагрівачів карбюраторів.
  • У побутових пристроях: закривання дверки пральної машини, в фенах і т.д.
Ссылка на основную публикацию